JP2018022978A - 通信端末及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】接続先基地局の電波が届かない場合に通信端末から緊急通信を行うための通信路を確保する通信端末及び通信システムを提供する。【解決手段】通信端末１０は、緊急時に緊急信号Ｒ１を送信し、他の通信端末からこの緊急信号Ｒ１を受信すると受信した緊急信号Ｒ１をさらに他の通信端末へ転送する装置であり、緊急通信部１１と、通信制御部１２とを備えている。緊急通信部１１は、緊急信号Ｒ１の送信を通信制御部１２へ指示する。通信制御部１２は、緊急信号Ｒ１を所定の送信間隔でバースト送信し、通信端末２０から緊急信号Ｒ１を受信した場合、その緊急信号Ｒ１を既に受信しているか否かを判定し、受信済ではない場合、受信した緊急信号Ｒ１をさらに他の通信端末へ転送する。このときの送信バースト信号の送信サイクル周期Ｔｔｘは、複数回送信すると、受信サイクル周期Ｔｒｘで受信するタイミングと一致するようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、セルラー方式を含む移動通信システムにおいて、基地局の電波が届かない場合に通信端末から緊急通信を行う必要がある場合、通信路を確保するための通信端末及び通信システムに関する。

セルラー移動通信システム等では、通常、基地局から送信された電波を通信端末が受信すると、電波により搬送された信号から規定のプロトコルを用いて、基地局と通信端末との通信路が確保される。この電波が届く範囲は、セルラーエリアと呼ばれており、このセルラーエリアを途切れることなく確保するため、必要な通信エリアが１つの基地局でカバー出来ない際は、基地局は、所定の間隔ごとに配置されている。このとき、複数のセルラーエリアが重複する場合があるが、そのときの干渉を防止するため、セルラーエリアごとに使用する電波の周波数を異なる周波数にしている。

通信端末が基地局の電波が届かない場所に存在している場合、すなわち、いわゆる「圏外」の場合、通信端末が動作可能な状態であっても、通信路を確保することは不可能である。例えば、事故等の緊急時に、通信端末がすべてのセルラーエリアの外に存在している場合、通信路が確保できないことになる。そのため、警察や消防のような公共安全の用途で用いられるＬＴＥ（Ｐｕｂｌｉｕｃ Ｓａｆｅｔｙ ＬＴＥ）システムでは、セルラーエリアの外でも通信路を確保するため、通信端末間で緊急時に送信する緊急信号を中継するリレー方式等が知られている（例えば、特許文献１、及び特許文献２等参照。）。また、可搬型基地局を災害現場に搬送して通信路を確保する方法も用いられている。

特開２００３−２８３４１６号公報 特開２００９−１２４４４８号公報

ところで、セルラー移動通信システムでは、相互の干渉を避けるために複数の基地局が時間同期を取る必要があり、そのためにＧＰＳ等の測位衛星から送信されるタイムフレームにより同期を取りながら送受信を行うように運用されている。そして、通信端末は、所定の時間間隔で間欠的に電波を受信している。そのため、通信端末がこのような緊急信号を受信するためには、緊急信号を送信する通信端末と時間同期を取る必要がある。

しかしながら、通信端末が建物の中やトンネル、地下のような測位衛星からの電波が届かない場合、測位衛星からの信号により通信端末間の時間同期をとることは不可能である。そのため、通信端末間で同期を取らない限り信号の送受信ができないという課題があった。

そこで本発明は、セルラー移動通信システムにおいて、基地局の電波が届かない場合において、通信端末から緊急通信を行う必要がある場合、通信端末間の時間同期をとって通信端末間で緊急信号を送受信することで、緊急信号を送信した通信端末から他の端末を介して基地局へ送信することを可能にする、通信端末及び通信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、接続先基地局の電波が届かない場合、通信可能な他の通信端末へ緊急信号を送信する通信端末であって、緊急信号の送信を指示する緊急通信部と、前記緊急信号を所定の送信間隔で送信するとともに、他の通信端末から緊急信号を受信した場合、受信した緊急信号を受信済であるか否かを判定し、受信済ではない場合、受信した緊急信号を転送する通信制御部と、を備え、前記通信制御部は、前記緊急信号を受信するために予め定められた受信周期とは異なり、かつ前記緊急信号を複数回送信すると前記受信周期で受信するタイミングと一致する送信周期で前記緊急信号を送信する、ことを特徴とする。

この発明では、通信制御部は、緊急信号を所定の送信間隔で送信するとともに、他の通信端末から緊急信号を受信した場合、受信した緊急信号を受信済であるか否かを判定し、受信済ではない場合、受信した緊急信号を転送する。また、緊急信号を送信するとき、緊急信号を受信するために予め定められた受信周期とは異なり、かつ緊急信号を複数回送信すると、この受信周期で受信するタイミングと一致する送信周期で送信する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の通信端末において、前記通信制御部は、前記緊急信号を受信したときの受信強度が所定の閾値以上である場合、前記予め定められた受信間隔を前記緊急信号の送信間隔に合わせるトラッキングを行う、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか１項に記載の通信端末において、前記緊急信号は、前記緊急信号を最初に送信した通信端末を識別する識別情報と、前記緊急信号を正常に受信したか判別するための誤り検出符号と、を有し、前記通信制御部は、前記誤り検出符号により前記緊急信号を正常に受信したと判別した場合に前記緊急信号を転送する、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の通信端末と、前記通信端末との間で通信を行うとともに、前記通信端末から前記緊急信号を受信した場合、前記緊急信号に対する応答信号を送信する基地局と、を備えたことを特徴とする通信システムである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の通信システムにおいて、前記通信端末は、同一データを同時送信するフラッディング動作を行う、ことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、緊急信号を所定の送信間隔で送信するとともに、受信した緊急信号を転送するので、接続先基地局の電波が届かない場所に通信端末が存在している場合であっても、緊急信号を通信端末経由で基地局へ送信することが可能になる。また、通信制御部は、緊急信号を受信するために予め定められた受信周期とは異なり、かつ緊急信号を複数回送信すると、この受信周期で受信するタイミングと一致する送信周期で緊急信号を送信するので、送信サイクルと受信サイクルがずれることにより、送受信を複数回行うと送信のタイミングと受信のタイミングとが一致するので、そのときに送信サイクルと受信サイクルとを一致させることで時間同期を取ることができる。これにより、測位衛星からの電波が届かない場合であっても通信端末間の時間同期を取ることが可能になる。

請求項２に記載の発明によれば、通信制御部は、緊急信号を受信したときの受信強度が所定の閾値以上である場合に受信間隔を緊急信号の送信間隔に合わせるトラッキングを行うので、送信サイクルと受信サイクルとを一致させる時間同期を取ることが可能になる。

請求項３に記載の発明によれば、緊急信号は、緊急信号を最初に送信した通信端末を識別する識別情報と、緊急信号を正常に受信したか判別するための誤り検出符号と、を有しているので、緊急信号を正常に受信したか否かを判別できるため、正常に受信した場合のみ緊急信号を他の通信端末へ転送することが出来る。これにより、正常受信された信号のみを転送することが出来る。

請求項４に記載の発明によれば、通信システムは、通信端末と、通信端末との間で通信を行うとともに、通信端末から緊急信号を受信した場合、緊急信号に対する応答信号を送信する基地局とを備えているので、通信端末経由で緊急信号を受信した場合、正常に受信したことを当該通信端末に通知することができる。

請求項５に記載の発明によれば、同一データを同時送信するフラッディング動作を行うことにより、緊急信号を迅速に送信することができる。

この発明の実施の形態１に係る通信システム１の概略を示す模式図である。 図１の通信端末１０ａ〜１０ｈと同様の通信端末１０，２０が緊急信号の通信を行っている状態を示す模式図、通信端末１０の機能構成を示す機能構成図、及び通信端末１０と通信端末２０との間の通信における受信サイクルと送信バースト信号とのサイクルを示す波形図である。 図２の通信端末１０によるトラッキング及びデータリレーの状態を示す波形図、及び通信制御部１２の状態を示すタイムテーブルである。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１ないし図３は、この発明の実施の形態を示しており、図１は、発明の実施の形態に係る通信システム１の概略を示す模式図である。この通信システム１は、例えば、通信端末が接続先基地局の電波が届かない場所、いわゆる「圏外」に存在している場合に、事故等の緊急時に緊急信号を他の通信端末を介して基地局へ送信するための通信システムであり、図１に示すように、主として通信端末１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈと、基地局３０とにより構成されている。

通信端末１０ａ〜１０ｈは、基地局３０または他の基地局を介して他の通信端末と通信を行うための装置であり、通常の通話や情報通信を行うとともに、事故等の緊急時に緊急信号Ｒ１を送信し、他の通信端末からこの緊急信号Ｒ１を受信した場合に、受信した緊急信号Ｒ１を既に受信しているか否かを判定し、受信済ではない場合に、受信した緊急信号Ｒ１をさらに他の通信端末へ送信（転送）する機能を有している。基地局３０は、通信端末１０ａ〜１０ｈとの間で通常の通話や情報通信のための信号の送受信を行うとともに、通信端末１０ａ〜１０ｈから緊急信号Ｒ１を受信した場合、この緊急信号Ｒ１に対する応答信号Ｒ２を送信する機能を有している。また、基地局３０には、信号の送受信を行う電波が届く範囲であるセルラーエリア４０が設定されている。

これらの通信端末１０ａ〜１０ｈは、同一データを同時送信するフラッディング動作を行う。このフラッディング動作は、送信先の通信端末のルーティングやスケジューリングを行うことなく緊急信号を効率的に送信することを実現するための手法であり、複数の通信端末１０ａ〜１０ｈが同一データを同時送信することになるが、信号が重ね合わされることにより、信号の到達時間や通信端末の周波数等によりデータの損失が起きても信号の重ね合わせにより補完される、いわゆる建設的干渉となることで、当該データは正しく受信されることになる。これにより、通信端末のルーティングやスケジューリングの時間が節約できるので、緊急信号を迅速に送信することができる。

図２に示す通信端末１０は、図１の通信端末１０ａ〜１０ｈと同様の装置であり、通常の通話や情報通信を行う機能とともに、図１に示すように、主として緊急通信部１１と、通信制御部１２とを備えている。緊急通信部１１は、通信端末１０の操作により緊急信号Ｒ１の送信を通信制御部１２へ指示する機能を有しており、例えば、通信端末１０に設けられた緊急時に操作するボタンの押下等により、緊急信号Ｒ１を生成して通信制御部１２へ送信を指示するものである。通信制御部１２は、緊急通信部１１により生成された緊急信号Ｒ１を所定の送信間隔でバースト送信する機能と、他の通信端末、例えば図２に示す、通信端末１０と同様の装置である通信端末２０から緊急信号Ｒ１を受信した場合、その緊急信号Ｒ１を既に受信しているか否かを判定し、受信済ではない場合、受信した緊急信号Ｒ１をさらに他の通信端末へ送信（転送）する機能を有している。

例えば、通信端末１０が送信する緊急信号Ｒ１には、識別情報Ｒ１１、及び誤り検出符号Ｒ１２が含まれる。識別情報Ｒ１１は、緊急信号Ｒ１を最初に送信した通信端末１０を識別するための情報であり、例えば通信端末１０のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレス等である。誤り検出符号Ｒ１２は、情報通信を行った際に正常に通信が行われたか判別するために元の情報に埋め込まれる符号であり、例えば、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ：巡回冗長検査）である。なお、図１の基地局３０が送信する応答信号Ｒ２にも同様の情報が含まれる。

図２に示す受信サイクル波形Ｗ１は、通信制御部１２が緊急信号Ｒ１を受信するために受信可能状態にする間隔を時系列に表した波形であり、Ｒｘ＃１，Ｒｘ＃２，・・・，Ｒｘ＃８のときに受信可能状態になり、波形が相対的に時間負のマイナス方向に移動している。この周期は、図２に示すように、周期Ｔｒｘになっている。

また、図２に示す送信バースト信号の送信サイクル波形Ｗ２は、通信制御部１２が緊急信号Ｒ１をバースト送信する間隔を時系列に表した波形であり、Ｔｘ＃０，Ｔｘ＃１，Ｔｘ＃２，・・・，Ｔｘ＃９のときに緊急信号Ｒ１を送信していることを示している。この周期は、図２に示すように、周期Ｔｔｘになっている。また、周期Ｔｒｘと周期Ｔｔｘとは、異なる値であり、かつ、周期Ｔｔｘで緊急信号Ｒ１を複数回送信すると、周期Ｔｒｘで緊急信号Ｒ１を受信するタイミングと一致する関係になるように周期Ｔｔｘが決定される。例えば、
Ｔｒｘ＝０．９Ｔｔｘ
の関係が成立するようにする。

次に、この発明の実施の形態に係る通信システム１の動作等について説明する。例えば、図１に示すセルラーエリア４０の範囲外に存在している通信端末１０ａの所有者が、事故等により、通信端末１０ａの緊急時に操作するボタンを押下等した場合、図２に示す緊急通信部１１は、通信端末１０ａであることを識別する識別情報Ｒ１１と、誤り検出符号Ｒ１２を生成して緊急信号Ｒ１を生成し、通信制御部１２へ送信を指示する。通信制御部１２は、緊急通信部１１からの指示を受けて、緊急信号を周期Ｔｔｘでバースト送信する。

図１に示す通信端末１０ｂ，１０ｃは、通信端末１０ａから送信された電波を受信可能な位置に存在している。そして、通信端末１０ｂ，１０ｃの通信制御部１２は、図２に示す受信サイクル波形Ｗ１のように、周期Ｔｒｘで緊急信号を受信可能状態になる。

このとき、通信制御部１２は、図３の待ち受け状態Ｔ１の時に示すように、受信サイクル波形Ｗ３１のように周期Ｔｒｘで受信可能状態になるとともに、そのときの緊急信号Ｒ１の受信状態を検出する。この緊急信号Ｒ１の強度を示す強度波形Ｗ４は、図３に示すように、徐々に強くなる。これは、周期Ｔｒｘと周期Ｔｔｘとの関係が、
Ｔｒｘ＝０．９Ｔｔｘ
であるため、受信サイクルと送信サイクルとの経過により、必ず受信サイクルと送信サイクルとが重なり合うタイミングが到来するからである。

強度波形Ｗ４に示す緊急信号Ｒ１の強度が、図３の受信パルストラッキング状態Ｔ２の時に示すように所定の閾値より大きくなった場合、通信制御部１２は、この信号に含まれる誤り検出符号Ｒ１２により正常に通信が行われたか判別し、正常である場合には復調波形Ｗ５に示す復調信号と判断して、受信サイクル波形Ｗ３１を送信サイクルに合わせて受信サイクル波形Ｗ３２のようにするトラッキングを行う。そして、データ復調状態Ｔ３に遷移して緊急信号Ｒ１を受信して復調を行う。さらに、復調した緊急信号Ｒ１を送信バースト波形Ｗ６に示す送信信号として、他の通信端末への送信（転送）を行う。

このような処理を、図１に示す通信端末１０ａ〜１０ｈが順次行うことにより、セルラーエリア４０内に存在している通信端末１０ｇ，１０ｈに届くので、この緊急信号Ｒ１が基地局３０に届くことになる。緊急信号Ｒ１を受信した基地局３０は、応答信号Ｒ２を送信する。すると、セルラーエリア４０内に存在している通信端末１０ｇ，１０ｈに届くので、緊急信号Ｒ１の送信時とは逆方向に順次送信され、通信端末１０ａに送信される。

なお、通信端末１０ａ〜１０ｈは、同一の緊急信号Ｒ１を複数回受信することがある。例えば、図１に示す通信端末１０ｄは、通信端末１０ｂから受信するとともに、通信端末１０ｃからも受信する。この場合、通信端末１０ｂ及び通信端末１０ｃの元々のデータは全く同じものであり、送信される端末のみ異なる。複数の端末（通信端末１０ｂ及び通信端末１０ｃ）から受信される信号は、受信信号に同期された信号であれば、ほぼ同時に受信され、通常の移動通信システムにおけるマルチパスの到来波が時刻が異なって受信されるのと同様となり、２端末からの受信電力は１端末の受信電力より増強されて受信される。このとき、２波の信号の位相関係が同相に近ければ、信号自体がベクトル合成されて増強されるが、逆相に近い場合、相互に干渉して信号電力は低下する。この様な状況で受信された場合、誤りなく受信されれば、転送を行い、誤って受信された場合は転送を行わない。例えば、転送を行わなかった場合においても、他の端末が正しく受信していれば、その端末（場合によっては複数の端末）からの信号が、また再度逆相に近い状態になる確率は減少するため、複数回この動作を繰り返せば、正しく受信される累積確率は増加する。

以上のように、この通信システム１及び通信端末１０によれば、緊急信号Ｒ１を送信するとともに、受信した緊急信号Ｒ１を転送するので、基地局３０の電波が届かないセルラーエリア４０の外に通信端末１０が存在している場合であっても、緊急信号Ｒ１を通信端末１０ａ〜１０ｈが順次転送することにより通信端末１０ａ〜１０ｈ経由で基地局３０へ送信することが可能になる。また、通信制御部１２は、緊急信号Ｒ１を周期Ｔｔｘで送信し、周期Ｔｒｘで受信し、この周期Ｔｒｘと周期Ｔｔｘとの関係が、
Ｔｒｘ＝０．９Ｔｔｘ
であるため、受信サイクルと送信サイクルとの経過により、必ず受信サイクルと送信サイクルとが重なり合うタイミングが到来するので、送信サイクルと受信サイクルとを一致させるトラッキングを行うことにより、時間同期を取ることができる。これにより、測位衛星からの電波が届かない場合であっても通信端末間の時間同期を取ることが可能になる。

また、緊急信号Ｒ１は、識別情報Ｒ１１、及び誤り検出符号Ｒ１２が含まれるので、正常に受信した緊急信号Ｒ１のみを他の通信端末へ転送することが出来る。これにより、衝突を防止することが可能になる。さらに、基地局３０が応答信号Ｒ２を送信すると、セルラーエリア４０内に存在している通信端末１０ｇ，１０ｈを介して緊急信号Ｒ１が送信元である通信端末１０ａに送信されるので、正常に受信したことを通信端末１０ａに通知することができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、周期Ｔｒｘを周期Ｔｔｘの０．９倍にしたが、この計数に限られず、周期Ｔｒｘと周期Ｔｔｘとが異なる値であれば良い。

また、誤り検出符号Ｒ１２としてＣＲＣを使用したが、他の誤り検出符号を使用しても良い。

１ 通信システム
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，
１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ、２０ 通信端末
１１ 緊急通信部
１２ 通信制御部
３０ 基地局
４０ セルラーエリア
Ｒ１ 緊急信号
Ｒ１１ 識別情報
Ｒ１２ 誤り検出符号
Ｒ２ 応答信号

Claims (5)

1. 接続先基地局の電波が届かない場合、通信可能な他の通信端末へ緊急信号を送信する通信端末であって、
   緊急信号の送信を指示する緊急通信部と、
   前記緊急信号を所定の送信間隔で送信するとともに、他の通信端末から緊急信号を受信した場合、受信した緊急信号を受信済であるか否かを判定し、受信済ではない場合、受信した緊急信号を転送する通信制御部と、を備え、
   前記通信制御部は、前記緊急信号を受信するために予め定められた受信周期とは異なり、かつ前記緊急信号を複数回送信すると前記受信周期で受信するタイミングと一致する送信周期で前記緊急信号を送信する、
   ことを特徴とする通信端末。
2. 前記通信制御部は、前記緊急信号を受信したときの受信強度が所定の閾値以上である場合、前記予め定められた受信間隔を前記緊急信号の送信間隔に合わせるトラッキングを行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信端末。
3. 前記緊急信号は、前記緊急信号を最初に送信した通信端末を識別する識別情報と、前記緊急信号を正常に受信したか判別するための誤り検出符号と、を有し、
   前記通信制御部は、前記誤り検出符号により前記緊急信号を正常に受信したと判別した場合に前記緊急信号を転送する、
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の通信端末。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の通信端末と、
   前記通信端末との間で通信を行うとともに、前記通信端末から前記緊急信号を受信した場合、前記緊急信号に対する応答信号を送信する基地局と、
   を備えたことを特徴とする通信システム。
5. 前記通信端末は、同一データを同時送信するフラッディング動作を行う、
   ことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
   

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